세팔로스포린

세팔로스포린은 항생제로 사용되는 화학 물질이다. 화학 구조 안에 베타-락탐 환(beta-lactam ring)을 포함하고 있으며, 비슷한 화학 구조를 가진 항생제를 세팔로스포린계 항생제라고 한다. 독성이 낮아 안전한 약물 중의 하나로 알려져 있으며, 페니실린계 항생제와 화학 구조가 다르다. 그러므로, 그람양성균 뿐만 아니라, 그람음성균에도 효과가 좋아서, 가장 잘 알려진 페니실린계 항생제보다 광범위한 항균력을 가지고 있다. 

그림 1. 페니실린계 및 세팔로스포린계 항생제 기본 화학 구조 ()

목차

세팔로스포린은 항생제의 여러 계열 중 하나의 계열로, 1948년에 곰팡이 Cephalosporium에서 최초로 분리 되었다. 그 구조는 페닐실린과 유사한 베타-락탐환(beta-lactam ring)을 근간으로 하며, 그 주위의 기능성 그룹(functional group)의 차별화로 인해서, 다양한 세팔로스포린계 항생제들이 존재한다(그림 1). 세팔로스포린계 항생제는 베타-락탐환을 포함하는 7-aminocephalospotic acid를 공통으로 포함하며, 그 주위의 기능성 그룹의 추가 및 수정(modification)을 통하여 이 계열의 새로운 항생제가 개발되어 왔다¹⁾. 기능성 그룹의 추가 및 수정을 통한 세팔로스포린계 항생제의 발전은 세대별 및 접종경로별로 1~5세대까지 개발되어 왔는데, 높은 세대의 항생제가 더 강력한 효력을 의미 하지는 않는다. 페니실린과 유사한 화학적 구조를 가지고 있기 때문에 페니실린과 기능이 유사한 박테리아의 세포벽 형성을 저해한다.

세팔로스포린계 항생제는 위에서도 간단히 설명한 바와 같이, 페니실린의 화학적 구조와 유사하며, 따라서 그 기능도 비슷할 것으로 유추할 수 있다(그림 2). 세팔로스포린계 항생제는 곁가지 기능성 그룹을 수정하여 항균작용(antimicrobial activity), 베타락타메이즈(beta-lactamase) 및 약동력학(pharmacokinetics)적인 특성의 변화를 가져왔으며, 경구 및 주사제로 cephradine, cefazolin, cefoxitin, cefixime, cefotaxime 등의 1~3세대에 걸친 개발이 진행되어 왔다. 특히, 3세대의 세팔로스포린은 그람음성균의 성장을 상당히 효과적으로 억제하며, 그 중 ceftazidime은 Pseudomonas를 다른 항생제 보다 월등히 제어하는 것으로 알려져 있다²⁾. 이 계열의 항생제의 세대를 구분하는 기준은 기관 또는 국가에 따라 다양하여 복잡하고 부정확한 면이 있지만, 공통적인 것은 세대 번호가 커질수록 효과가 좋다는 의미는 아니라는 것이다. 다만, 세대가 높아진다는 의미는, 가장 최근에 개발된 항생제로써 특별히 타겟하여 효능을 최대로 보이는 감염균이 있다는 의미로 해석하면 무리가 없다고 본다³⁾⁴⁾.

그림 2. 세팔로스포린계 항생제 종류 (출처: )

세팔로스포린계 항생제는 다른 여러 항생제와 같이 세균의 세포벽의 생성을 저해하는 방법으로 병원균의 성장을 억제한다. 즉, 그람양성 및 음성균의 세포벽의 주요한 구조체인 펩티도글리칸(peptidoglycan)의 합성을 저해하여, 새로운 박테리아로의 분열을 방해하게 된다. 특히, 펩티도글리칸 합성과정 중에서도 마지막 단계인 페니실린결합단백질(penicillin-binding-protein, PBP)에 의한 transpeptidation 과정을 저해하여 완전한 세포벽의 합성을 차단한다⁵⁾.

항생제 저항성 또는 내성은 병원균 조절을 위한 약제에 대하여 균의 저항능력을 총괄적으로 표현하는 항균 저항성(antimicrobial resistance)의 한 종류를 말한다⁶⁾. 이러한 항생제 저항성은 보통 어떤 박테리아 또는 어떤 특정 병원균의 전체 종들이 새롭게 획득하는 형질에 의하여 나타나게 된다. 그 원인 중의 가장 큰 요인은 항생제의 남용에 따른 균 내부의 어떤 유전자의 돌연변이와 그 유전자의 종내 도는 종간의 전파에 의하여 발생된다(

돌연변이 유발 유전자중에 가장 대표적인 것이 새롭게 개발된 항생제를 분해하는 확대된 능력을 가진 베타-락타메이즈(bata-lactamase) 효소인 extended-substrate beta-lactase (ESBL)이다. 항생제 남용으로 인한 이들의 출현은 인간 및 동물에게 있어서 병원균에 의한 질병치료의 첫 단계에서 큰 걸림돌이 되고 있다. 특히, 3세대 항생제인 세팔로스포린계 항생제에 대한 저항성은 감염병 치료에 있어서 넘어야 할 중대한 문제인데, 세팔로스포린계 항생제 중 ceftazidime이 감염병에 대한 항생제 치료의 first-line antibiotics로 사용되기 때문이다. 베타-락타메이즈 유전자의 돌연변이에 의한 세파로스포린 항생제의 분해는, 이 단백질의 활성화자리 주위의 항생제 결합 및 가수분해에 필수인 아미노산들의 치환돌연변이에 의하여 활성화자리 사이즈의 증가로 인한 상대적으로 페니실린 또는 아목시실린보다 큰 분자인 세팔로스포린 항생제의 결합을 증가시킴에 의하여 가능한 것으로 보인다 ⁷⁾.

페니실린결합단백질, 펩티도글리칸, 그람양성균, 그람음성균, 페니실린계, 돌연변이, 세포벽, 유전자, 항생제, 병원균, 세균

이성행/조선대학교

이정신/강원대학교

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